Приведенная в данной статье самодельная схема бегущие огни на светодиодах, построена на довольно популярном . В памяти программы записано до 12 программ различных световых эффектов, которые можно выбрать по своему желанию. Это и бегущий огонь, бегущая тень, нарастающий огонь и так далее.

Этот автомат световых эффектов позволяет управлять тринадцатью светодиодами, которые подключены через токоограничивающие резисторы прямо к портам микроконтроллера ATtiny2313.Как уже было сказано выше, в памяти микроконтроллера зашиты 11 различных самостоятельных комбинаций световых рисунков, а так же есть возможность последовательного однократного перебора всех 11 комбинаций, это уже будет 12-ая программа.

Кнопка SA3 позволяет осуществлять переключение между программами.

Кнопками SA1 и SA2 можно управлять скоростью движения огней либо частотой мерцания каждого светодиода (от постоянного свечения до легкого мерцания). Все это зависит, в каком положении находится переключатель SA4. При верхнем по схеме положении переключателя SA4 регулируется скорость бегущих огней, а при нижнем частота мерцания.

При монтаже светодиодов в линейку следует соблюдать очередность такую же, как пронумеровано на схеме от HL1 до HL11.

Микроконтроллер ATtiny2313 тактируется от внутреннего генератора с частотой 8 МГц.

Видео работы: Бегущие огни на светодиодах

(1,1 Mb, скачано: 3 650)

Один из вариантов использования твердотельных источников света в декоративных целях – бегущие огни на светодиодах. Способов изготовления этого несложного устройства – масса. Рассмотрим некоторые из них.

Простейшая схема бегущих огней на 12 вольт

В интернете наиболее часто встречается простая «старомодная» схема с использованием счетчика и генератора (рисунок 1).

Рисунок 1

Работа схемы предельно проста и понятна. Генератор построен на основе таймера импульсов, а счетчик выполняет свою основную функцию – считает импульсы и выдает соответствующие логические уровни на своих выходах. К выходам подключены светодиоды, которые загораются при появлении логической единицы и соответственно гаснут при нуле, создавая тем самым эффект бегущих огней. Скорость переключения зависит от частоты генератора, которая в свою очередь зависит от номиналов резистора R1 и конденсатора С1.

Наименования микросхем приведены советские, но они имеют легкодоступные импортные аналоги. Если необходимо увеличить , то для увеличения тока нужно подключать их через буферные транзисторы, т.к. сами выходы счетчика имеют достаточно скромную нагрузочную способность.

Подключаем «мозги»

Для получения более сложных эффектов, схема должна строиться на микроконтроллере (далее МК). Хотя в интернете и присутствует множество схем бегущих огней на микроконтроллере, построенных на обыкновенной логике, реализующих различную последовательность зажигания светодиодов, их использование неоправданно и нецелесообразно в наши дни.

Схемы получаются более громоздкими и дорогими. МК же позволяет гибко управлять отдельными светодиодами или их группами, хранить в памяти множество программ световых эффектов и при необходимости чередовать их по заранее заданной последовательности или по внешней команде (например, от кнопки). При этом схема получается весьма компактной и достаточно дешевой.

Рассмотрим основной принцип построения схемы бегущих огней на светодиодах с использованием микроконтроллера.

Для примера возьмем микросхему ATtiny2313 – 8-разрядный МК стоимостью около 1$. Простейшая схема может быть реализована непосредственным подключением светодиодов к выводам I/O (рисунок 2). Эти выводы МК способны обеспечить ток до 20 мА, что более чем достаточно для индикаторных светодиодов.

Необходимое значение тока задается резисторами, включенными последовательно диодам. Значение силы тока рассчитывается по формуле I=(U пит -U LED)/R. Схемы питания и сброса МК на рисунке не приведены, чтобы не загромождать схему. Эти цепи стандартные и выполняются в соответствии с рекомендациями производителя, приведенными в Data Sheet. При необходимости точного задания временных интервалов (длительности зажигания отдельных светодиодов или полного цикла) можно использовать кварцевый резонатор, подключаемый к выводам 4 и 5 МК.

Если такой необходимости нет, можно обойтись встроенным RC-генератором, а освободившиеся выводы назначить как стандартные выходы и подключить еще пару светодиодов. Максимальное количество светодиодов, которое можно подключить к этому МК – 17 (на рисунке 2 показан вариант подключения 10 светодиодов). Но лучше оставить один-два вывода для кнопок управления, чтобы была возможность переключать режимы бегущего огня.

Рисунок 2

Вот и всё, что касается «железа». Дальше всё зависит от программного обеспечения. Алгоритм может быть любым. К примеру, можно записать в память несколько режимов и настроить интервал повторения каждой либо подключить две кнопки: одну для переключения режимов, другую для регулировки скорости. Написание подобной программы – достаточно простая задача даже для человека никогда не работавшего ранее с МК, однако если изучать программирование лень или некогда, а «оживить» бегущий огонь на светодиодах очень хочется – всегда можно скачать готовое ПО.

В преддверии новогодних праздников как-то захотелось порадовать себя и близких чем-то необычным. Вот решил сделать иллюминацию в комнате. Традиционно для украшения комнаты и елки мы используем гирлянды. С обычными лампочками накаливания или нового варианта – светодиодные. Китайцы завалили нас этими гирляндами так, что редко можно найти квартиру, где бы не имелась парочка таких гирлянд. Как не крути, но тягаться с китайцами по стоимости, той же новогодней гирлянды, ну никак не получается. Значит, если нельзя сделать дешевле, сделаем лучше! Что же можно сделать лучше того, что есть в продаже? В большинстве своем дешевые китайские гирлянды имеют 4 канала с несколькими предустановленными программами эффектов, а из управления имеется одна кнопка. В качестве альтернативы мы сделаем 12-ти канальный генератор эффектов, с возможностью вручную создавать свои эффекты, при помощи специальной программы и сохранять их в EEPROM контроллера.

Поначалу устройство планировалось как простой генератор эффекта типа бегущих огней, но в процессе реализации проекта, меня зацепило и понесло (слишком много памяти в ATtiny2313 для такого устройства:), а незадействованная память действует на меня как красная тряпка). Я подумал, а почему только бегущие огни? А если, вдруг, захочется организовать красивую подсветку полочки с фотографиями или световое сопровождение компьютерных игр или красивое освещение комнаты или еще какие-то появятся идеи визуальных эффектов? В итоге родилось довольно интересное, многофункциональное устройство с возможностью гибкой настройки и управления, как с компьютера, так и переключателями на самом устройстве. Но времени на это я потратил гораздо больше, чем планировал. Поэтому извините, что НЕМНОГО 🙂 запоздал к новогодним праздникам, но зато Вы получите устройство, которое может пригодиться не только под Новый Год.

1 Схема устройства примитивна, проста в повторении и содержит минимум деталей:

Плату устройства
— несложно повторить (а если понадобиться в других габаритах, то несложно и переделать) :
- Плата Эффектора-12 для ТН-компонентов

Дополнения

1 Тут sig подкинул идею расположения светодиодов для платки индикации
- Вариант расположения светодиодов
Внешний круг — красные светодиоды, внутренний — синие. В центре 10мм светодиод. Если круги светодиодов расположить на разных уровнях, то должно получиться красиво … теоретически 🙂

Как Вы понимаете, таких вариантов может быть множество — присылайте если получиться что-то интересное.

4 Устройство готово! Теперь расскажу как оно работает.
У генератора эффектов есть 12 ШИМ каналов (8 бит, 100Гц), которые управляются алгоритмами, заложенными в микроконтроллер. В прошивке предустановленны 8 программ эффектов, причем 4 из них, при первом старте или по специальной команде UART, копируются в EEPROM микроконтроллера. Позже их можно подкорректировать или заменить другими при помощи специальной программы. Для выбора эффектов используется три перемычки или переключателя на ножках 7, 8, 9. Комбинация замкнутых на «землю» ножек будет определять какой эффект сейчас задействован:
Переключатели в порядке — 2,1,0 (где 0 – разомкнуто — висит в воздухе, 1 – замкнуто на «землю»)
000 – запуск первой программы EEP1 с EEPROM
001 – запуск второй программы EEP2 с EEPROM
010 – запуск третьей программы EEP3 с EEPROM
011 – запуск четвертой программы EEP4 с EEPROM
100 – запуск первой программы P1 с Flash
101 – запуск второй программы P2 с Flash
110 – запуск последовательности программ с EEPROM (4 программы)
111 – запуск последовательности программ с Flash (8 программ)
Переключать программы возможно и по UART, причем по UART возможно выбрать и оставшиеся 2 программы P3 и P4 с Flash.При запуске последовательностей (комбинации 110 и 111), программы через определенное время чередуются.

Вот такой функционал доступен с платы устройства. Не очень впечатляет, правда? Хотите чего-то большего? Подключайте устройство через UART к компьютеру и при помощи специальной программы получите возможность задействовать весь функционал устройства!

А именно:
— Уровни 12-ти ШИМ каналов можно непосредственно изменять из программы;
— 4 программы, записанных в EEPROM, можно менять по своему усмотрению;
— задавать программу поведения для каждого канала отдельно;
— включать/отключать любой из 6 общих эффектов, действующих сразу на все каналы, (стробоскоп, движение по заданной программе, мерцание, изменение яркости, сдвиг/скольжение каналов);
— менять скорость работы программы эффектов или полностью ее остановить;
— задавать изменение каналов под музыку.

5 Подключение к компьютеру.
Устройство имеет UART выход с TTL уровнями, а это значит, что для подключения к компьютеру необходим преобразователь.

5.1 Если Вы хотите сделать подключение через COM порт , понадобится преобразователь уровней для RS232-протокола COM порта. Например, подойдет широко известная MAX232 . Проблем со схемой возникнуть не должно – в даташите, на эту микросхему, все описано.
- Даташит на серию преобразователей MAX (MAX232)

5.2 Подключение через USB можно сделать через FT232RL или попроще, через преобразователь на ATtiny2313 , .

UART устройства работает на следующих настройках
— биты данных (data bits ) – 8
— стоп биты (stop bits ) – 2
— контроль четности (parity ) – нет
— скорость (baud rate ) — 9600

Работа по UART организована в виде 2-х символьных посылок. Первый символ — всегда буква (большие буквы латинского алфавита), она указывает, что изменять в устройстве (например, буквы от A до L указывают на каналы от 1 до 12). Второй символ, чаще всего цифра, задает значение параметра (например, для установки яркости каналов, посылаются цифры от 0 до 8).
Пример: Для того чтобы установить среднюю яркость третьего канала, нужно по UART отослать устройству “C5”.
Если управление устройством планируется только с компьютера – не заморачивайтесь этими командами — специальная программа сделает все сама.
Если Вы планируете управлять устройством из своего терминала или при помощи другого микроконтроллера, вот полный перечень команд:
- Перечень UART команд Эффектора-12

6 Управление устройством через программу «GCn Effector 12».
Так как устройство имеет довольно обширный функционал, управление через обычную программу терминала хоть и возможно, но не очень удобно. Поэтому, для удобного и наглядного управления мною была написана специальная программа — «GCn Effector 12» .
- Программа управления эффектором
Программа имеет небольшой размер, не требует установки. Работает через COM порт (или его эмуляцию, в случае преобразователя на FT232RL или на ATtiny2313). Программа проста, особо описывать нечего, разве что очень кратко пройдусь по основным функциям.

«GCn Effector 12» имеет 3 закладки, для различных возможностей генератора эффектов:
6.1 Закладка «Работа с СОМ портом».
Здесь мы выбираем СОМ порт, к которому подключено устройство – «Выбор порта» . Можем посылать команды управления вручную – «Передача пакета» . Смотрим «Помощь» с перечнем команд.

6.2 Закладка «Настройка эффектов».
Эта закладка немного веселее предыдущей. Сюда вынесено все, что можно настроить или поменять в устройстве.
— «Работа с EEPROM, программами» . Кнопки позволяют сохранить сделанные настройки в текущей (выбранной) EEP-программе, восстановить, все четыре программы EEPROM к начальным настройкам (как при первом старте), прочитать текущую программу из контроллера.
— «Выбор программы» . Это то, что можно сделать на устройстве при помощи переключателей, кроме того можно включить две программы (Р3 и Р4), недоступные для переключателей.
— «Скорость работы» . Меняет скорость работы программы эффектов или полностью останавливает работу эффекта (статичное отображение состояния каналов).
— «Яркость каналов» . Перемещая ползунки, меняем яркость каждого канала по отдельности. Кнопка «Rst» сбрасывает все каналы в ноль.
— «Направление изменения яркости» . Задаем программу изменения каждого канала по отдельности (эффекты Work и Jump).
— «Выбор эффектов» . Можно выбрать сразу несколько или все отключить – кнопка «Rst».

Перечень эффектов.
Work — отработка программы изменения яркости для каждого канала отдельно (см. Направление изменения яркости);
Jump — отработка программы скачкообразного изменения яркости для каждого канала отдельно (см. Направление изменения яркости);
Strobo — со случайным периодом и случайной длительностью включается стробоскопический эффект на всех каналах;
Move — эффект сдвига. Плавно и случайно меняется скорость и направление сдвига;
Bright — плавное и случайное изменение яркости всех каналов;
Blink — Случайное мерцание всех каналов.

Любые действия в настройщике формируют и отправляют соответствующую UART команду. Последняя отправленная команда отображается в окошке «COM» в правой части области настройки.

6.2 Закладка «Музыка».

Эта закладка совсем веселая, так как позволяет изменять состояние каналов в соответствии с входным аудиоканалом компьютера. Выберите в микшере звуковой карты нужное входное устройство или «Wave», «What U hear», «Stereo Mix» , если хотите чтобы отображалась проигрываемая на PC музыка, (или звуки) и жмите «Пуск» — все остальное программа будет делать сама. Есть варианты отображения «Норма» и «Зеркало» — пробуйте. Также можно подкорректировать чувствительность. При работе «музыки» можно переключиться на вторую закладку и работать параллельно с эффектами.

Среди десятков разнообразных светодиодных мигалок достойное место занимает схема бегущих огней на светодиодах, собранная на микроконтроллере ATtiny2313. С её помощью можно создавать различные световые эффекты: от стандартного поочерёдного свечения до красочного плавного нарастания и затухания огня. Один из вариантов того, как сделать своими руками бегущий огонь на светодиодах под управлением МК ATtiny2313, рассмотрим на конкретном примере.

Сердце бегущих огней

То, что AVR микроконтроллеры Atmel обладают высокими эксплуатационными характеристиками – всем известный факт. Их многофункциональность и лёгкость программирования позволяет реализовывать самые необыкновенные электронные устройства. Но начинать знакомство с микроконтроллерной техникой лучше со сборки простых схем, в которых порты ввода/вывода имеют одинаковое назначение.

Одной из таких схем являются бегущие огни с выбором программ на ATtiny2313. В данном микроконтроллере есть всё необходимое для реализации подобных проектов. При этом он не перегружен дополнительными функциями, за которые пришлось бы переплачивать. Выпускается ATtiny2313 в корпусе PDIP и SOIC и имеет следующие технические характеристики:

• 32 8-битных рабочих регистра общего назначения;
• 120 операций, выполняемых за 1 тактовый цикл;
• 2 кБ внутрисистемной flash-памяти, выдерживающей 10 тыс. циклов запись/стирание;
• 128 байт внутрисистемной EEPROM, выдерживающей 100 тыс. циклов запись/стирание;
• 128 байт встроенной оперативной памяти;
• 8-битный и 16-битный счётчик/таймер;
• 4 ШИМ канала;
• встроенный генератор;
• универсальный последовательный интерфейс и прочие полезные функции.

Энергетические параметры зависят от модификации:

• ATtiny2313 – 2,7-5,5В и до 300 мкА в активном режиме на частоте 1 МГц;
• ATtiny2313А (4313) – 1,8-5,5В и до 190 мкА в активном режиме на частоте 1 МГц.

В ждущем режиме энергопотребление снижается на два порядка и не превышает 1 мкА. Кроме этого данное семейство микроконтроллеров обладает целым рядом специальных свойств. С полным перечнем возможностей ATtiny2313 можно ознакомиться на официальной страничке производителя www.atmel.com.

Схема и принцип её работы

В центре принципиальной электрической схемы расположен МК ATtiny2313, к 13-ти выводам которого подключены светодиоды. В частности, для управления свечением полностью задействован порт В (PB0-PB7), 3 вывода порта D (PD4-PD6), а также PA0 и PA1, которые остались свободными из-за применённого внутреннего генератора. Первый вывод PA2 (Reset) не принимает активного участия в схеме и через резистор R1 соединён с цепью питания МК. Плюс питания 5В подаётся на 20-й вывод (VCC), а минус – на 10-й вывод (GND). Для исключения помех и сбоев в работе МК по питанию установлен полярный конденсатор С1.
С учётом небольшой нагрузочной способности каждого вывода подключать следует светодиоды, рассчитанные на номинальный ток не более 20 мА. Это могут быть как сверхъяркие led в DIP корпусе с прозрачной линзой, так и smd3528. Всего их в данной схеме бегущих огней 13 шт. В качестве ограничителей тока выступают резисторы R6-R18.

Нумерация светодиодов на схеме указана в соответствии с прошивкой.

Через цифровые входы PD0-PD3, а также с помощью кнопок SB1-SB3 и переключателя SA1 производится управление работой схемы. Все они подключены через резисторы R2, R3, R6, R7. На программном уровне предусмотрено 11 различных вариаций мигания светодиодов, а также последовательный перебор всех эффектов. Выбор программы задаётся кнопкой SB3. В пределах каждой программы можно изменять скорость её выполнения (мигания светодиодов). Для этого переключатель SA1 переводят в замкнутое положение (скорость программы) и кнопками увеличения (SB1) и уменьшения (SB2) скорости добиваются желаемого эффекта. Если SA1 разомкнуть, то кнопки SB1 и SB2 будут регулировать яркость светодиодов (от слабого мерцания до свечения на номинальной мощности).

Печатная плата и детали сборки

Специально для начинающих радиолюбителей предлагаем два варианта сборки бегущих огней: на макетной и на печатной плате. В обоих случаях рекомендуется использовать микросхему в PDIP корпусе, устанавливаемую в DIP-20 панельку. Все остальные детали также в DIP корпусах. В первом случае достаточно будет макетной платы 50х50 мм с шагом 2,5 мм. При этом светодиоды можно разместить, как на плате, так и на отдельной линейке, соединив их с макетной платой гибкими проводами.

Если бегущие огни на светодиодах предполагается активно использовать в дальнейшем (например, в автомобиле, велосипеде), то лучше собрать миниатюрную печатную плату. Для этого понадобится односторонний текстолит размером 55*55 мм, а также радиоэлементы.